现代技术在生产天然色素中的应用及关键技术

（一）生产工艺

传统的色素生产工艺主要是根据色素的溶解性不同，采用适当的溶剂将色素从原料中提取出来，不经过精制过程，将提取物经浓缩或干燥制成成品，一般浓缩采用真空浓缩，干燥采用喷雾干燥。由此工艺生产的色素粉或者浸膏为色素的粗制品，具有杂质含量高、色价低、易结块等缺点。因此需要对粗制品进行多次纯化和精制，以得到高色价、低杂质产品。

（二）现代技术的应用

天然色素的生产制备中的主要技术环节在于提取和精制。随着天然色素的应用发展和需求增长，一些新型、现代的分离技术和方法在色素生产中得到了很好的发挥和应用。包括多溶剂提取、微生物发酵、超临界萃取、树脂及层析分离、膜分离、微波干燥、产品微胶囊化等技术的应用使天然色素无论在原材料的生产和预处理或在分离和纯化以及产品成型方面都有了飞跃发展，由此对天然色素的工业化生产和进步产生了巨大的推动作用。

1.基因工程技术

应用基因工程技术的目的是提高色素产量，所依据的原理和采取的措施包括以下几个方面：目标色素在植物体内的合成途径；生物合成该产物的前体物质；找到与相关酶对应的基因；把相应基因复制出来，插入到低成本而高产量的宿主植物或微生物的DNA序列当中；通过宿主植物或微生物的生长代谢提高目标色素产量。如在胭脂树籽红方面，法国科学家已成功地运用基因工程技术，将番茄红素逐步转变成为胭脂树籽红。也有人把酶的基因插入到大肠杆菌的DNA序列当中，使得这些大肠杆菌也能够顺利地生产出胭脂树籽红。

目前除了胭脂树籽红之外，世界各国的研究人员也正在探索其他种类的天然色素的基因工程生产方法，可以乐观地估计，随着人类对于那些五彩缤纷的天然色素的生物合成过程越来越多的了解，就一定能够通过基因工程技术，获得大规模生产天然色素的新方法。

2.酶工程技术

在天然食用色素生产中采用酶工程技术可以达到多种目的。

（1）利用酶法转化色素前体物质，生产目标色素 选用特定的酶，通过酶催化定向反应，可以使原料中的色素前体物质转化为所需要的天然食用色素成分，提高原料中目标色素的含量，进而可以达到显著提高色素得率的目的。如在制备红花红色素时，依次加入不同的氧化-还原酶类，在一定的催化反应条件下使红花黄色素转变为红花红色素，红色素的得率可达到未加酶时的2.5～10倍。

应用酶促反应还可以利用生产天然栀子黄色素的废液中的栀子苷，通过用β-葡萄糖苷酶将其水解京尼平，然后使其与氨基酸反应发生结构改变，生产出栀子红、栀子蓝色素。

（2）利用酶催化作用加快提取速度、提高产品得率 如在纤维素酶的催化水解作用下，纤维素、半纤维素等物质发生降解，引起细胞壁和细胞间质结构发生局部疏松、膨胀、通透性增强等变化，从而增大细胞内色素成分向提取介质的扩散，促进色素提取效率的提高。实践表明，与传统水浸提取工艺相比，应用纤维素酶提取红花中的黄色素，可使黄色素提取率增加10%以上。

（3）利用酶除去天然色素粗品中不易去除的杂质，提高产品质量 如从蚕沙中提取的叶绿素带有某种异味，品质很差影响使用，加入脂肪酶活化液进行酶促反应精制后，可以除去异味，得到优质叶绿素。

3.细胞工程技术

采用细胞或组织培养的方法生产天然色素。例如，玫瑰茄细胞培养，用于花青素的生产；滇紫草、软紫草愈伤组织培养生产紫草红；栀子组织和细胞培养生产天然食用色素栀子黄等。

4.发酵工程技术

利用微生物发酵工程技术生产天然色素是色素生产的重要和有效方式。

（1）以大米为原料，利用红曲霉发酵生产红曲色素，这是目前最廉价的纯天然食用色素；由红发夫酵母发酵后分离、提取制得虾青素；利用三孢布拉霉和红酵母发酵后，分离、提取生产类胡萝卜素；利用产β-葡萄糖苷酶微生物发酵生产栀子红和栀子蓝色素及利用产酪氨酸酶微生物发酵生产黑色素。

（2）利用微生物发酵除去色素液中的杂质，对色素进行精制，如甜菜红色素提取后用发酵法除去其中的糖类。(www.xing528.com)

5.分离技术

（1）微波强化萃取技术 在萃取天然食用色素方面已取得了一些可喜的成果。例如采用该技术提取番茄红素、柚皮色素、栀子黄色素、茜草紫色素、野菊花黄色素等天然色素时，都取得了令人满意的效果。

（2）超声波强化萃取技术 已用于叶绿素、姜黄素、栀子黄色素、板栗壳棕色素、桑葚红色素、密蒙黄色素等多种天然食用色素提取。实践表明，此技术与传统的机械搅拌法浸取、循环提取、加热浸取等方法相比，可以显著缩短提取时间、提高提取率、节省能量消耗。

（3）超临界流体萃取技术 最适合提取分离非挥发性、热敏性、脂溶性色素，如辣椒红素、胡萝卜素、胭脂树橙、叶黄素、番茄红素等。在天然色素的提取与纯化方面具有操作温度低、选择性好、提取率高、无溶剂残留等优点。

（4）分子蒸馏技术 采用该技术从冷榨所得的甜橙油中提取的类胡萝卜素，可以获得不含有机溶剂的高纯度、高色价产品；采用此技术对溶剂法所得辣椒红色素进行处理，可使产品中的溶剂残留降低到0.002%，产品指标达到联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）标准。

（5）大孔吸附树脂 在红花黄、栀子黄、红米红色素等多种天然食用色素的分离、精制方面取得了良好的效果，表现出吸附容量大、选择性好、吸附速度快、解吸容易、再生处理方便、节省费用等诸多优点。

（6）超滤膜 在天然食用色素的生产中，采用超滤膜可有效脱除色素提取液中的多糖、果胶、蛋白质等大分子杂质；采用反渗透膜可将其中大量的水去除，使得色素溶液得到精制和浓缩。膜分离技术在栀子黄、可可壳色、红曲色素、甜菜红色素等食用色素的分离、精制和浓缩中已取得了很好的试验效果。

思考题

1.分析发色团、助色团和共轭体系长短与化合物颜色的关系。

2.天然色素按照化学结构可大致分为哪些大类？

3.什么是色淀，有什么使用特点？

4.从化学结构差异比较胡萝卜素类和叶黄素类溶解性及其应用。

5.为什么花色苷类色素的颜色随溶液pH的变化而改变？这类色素适用于哪些食品？

6.黄酮类色素具有哪些生物学功能？

7.什么是色价？色价一般是如何表示和测定的？

8.举例说明生物技术在天然色素生产中的应用。

9.我国允许使用的合成色素。